w含量对zrwn复合膜的微结构与摩擦性能的影响

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1、第l8卷第6期粉末冶金材料科学与工程2013年12月Vo1．18No．6MaterialsScienceandEngineeringofPowderMetallurgyDec．2013W含量对ZrWN复合膜的微结构与摩擦性能的影响喻利花，赵强，马冰洋，许俊华(江苏科技大学材料科学与工程学院，镇江212003)摘要：采用反应磁控溅射法分别在单晶硅(1o0)和不锈钢基底上沉积不同w含量的Zrl-xWxN(x=0．17，0．28，0．36，0．44，0．49)复合膜，利用扫描电镜、能谱仪、x射线衍射仪、纳米压痕仪和

2、摩擦磨损试验机研究该复合薄膜的微结构、力学性能及摩擦性能，并探讨ZrWN复合膜的摩擦机理。结果表明：当≤0．28时，复合膜呈fcc(Zr,W)N结构；当X为0．36～0．44时，复合膜呈fce(Zr,W)N和fccW2N结构；当x=0．49时复合膜为fcc(Zr，W)N、fccW2N结构和．W单质。Zrhw复合膜的硬度随增加先增大后减小，当x=0．44时达到最大值，为36．0GPa。随X增加，Zr-xWxN复合膜的室温摩擦因数先减小后增大，摩擦表面生成的氧化物WO3对于降低摩擦因数起重要作用。关键词：ZrWN

3、复合膜；微结构；力学性能；摩擦性能中图分类号：TG174．44文献标识码：A文章编号：1673．0224(2013)6-906-06EffectofWcontentonmicrostructureandfrictionpropertiesofZrWNcompositefilmsYULi—hua，ZHAOQiang，MABing-yang，XUJun—hua(SchoolofMaterialScienceandEngineering，JiangsuUniversityofScienceandTechnology

4、,Zhenjiang212003，China)Abstract：Zr1．xW~N(x=0．17，0．28，0．36，0．44，049)compositefilmswithdifferentWcontentswerefabricatedonwafersofsilicon(1OO)andstainlesssteelbyreactivemagnelronsputteringtechnique．Themicrostructure，mechanicalpropertiesandfrictionpropertieswer

5、einvestigatedbySEM—EDSanalysis，X—raydifraction，nano—indentationandhigh·temperatureball-on—disctribo—meter．TribologicalmechanismofZrWNfilmswasdiscussed．Theresultsshowthatwhenisnomorethan0．28inthefilm，thefilmsexhibitfcc(Zr，W)Nstructure．WhenXisbetween0．36and0．

6、44，thefilmshaveastructurecomprisingfcc(Zr,w)NandfccW2N．Whenis0．49，pureWappears．ThehardnessoftheZrlwNfilmsincreasesandthendecreaseswithincreasingX．Themaximumvalueis36．0GPawhenXis0．44．Atroomtemperature．thefrictioncoeficientoftheZrl—filmsshowsdown—upcurvewithi

7、ncreasingx．OxideW03playsanimportantroleinthefrictionprocess．Keywords：ZrWNcompositefilms；microstructure；mechanicalproperties；frictionproperties近年来表面薄膜技术在改善材料性能方面起着越有更好的力学性能、热稳定性、化学稳定性和抗氧化来越重要的作用。硬度涂层可提高基体材料表面的力性能L1卜"】。此外由于ZrN薄膜金黄的色泽和良好的耐学性能及化学稳定性，而过渡族金属氮化物是较

8、成功蚀性，在装饰和防腐领域得到应用Il，但ZrN薄膜的硬度涂层材料[1】。过渡族金属氮化物，如TiN，由的摩擦因数约为0．6t，在应用上受到很大限制。于具有高熔点、高硬度，以及良好的化学稳定性、耐研究表明Il，向CrN薄膜中加入w，可提高薄膜的硬磨性和耐腐蚀性能，在刀具、耐磨部件等领域获得广度，并降低摩擦因数，在TiN薄膜中也发现同样的现泛应用[4-引。向TiN薄膜中添加Mo、C、B等元素使象l1。